常天宇，武 涵，李 彬

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041）

1 基站對(duì)人體的影響

圖1 基站對(duì)人體的影響

實(shí)際環(huán)境空間損耗：（能量擴(kuò)散損耗+衰落）

Ls=32.4+20lg（fmhz）+20lg（dkm）+f（environment）

式中，f（environment）是環(huán)境造成的衰落比如雨衰，建筑物遮擋等。

到達(dá)人體的功率：

需要注意的是，公式中表面上自由空間損耗部分（擴(kuò)散損耗）和頻率相關(guān)，但該公式是根據(jù)接收天線（取決于實(shí)際接收天線參數(shù)，理論上擴(kuò)散損耗是和頻率無(wú)關(guān)的），人體不能類比于天線，故擴(kuò)散損耗與頻率無(wú)關(guān)，但是環(huán)境影響和頻率正相關(guān)（高頻電磁波衍射繞射能力差，故損耗越大）。

可見(jiàn)：基站發(fā)射信號(hào)到達(dá)人體的電磁能量很小（實(shí)測(cè)距離基站20m 附近場(chǎng)強(qiáng)為3v/m 左右，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值5.4v/m）。

2 便攜設(shè)備對(duì)人體局部的影響

圖2 便攜設(shè)備對(duì)人體的影響

便攜電子產(chǎn)品對(duì)人體的影響比基站大很多。比如手機(jī)通信過(guò)程中需要和基站建立連接發(fā)送數(shù)據(jù)包。此時(shí)靠近人體衡量近場(chǎng)輻射指標(biāo)稱為比吸收率SAR，單位W/kg 表示人體所吸收的電磁能量在任意連續(xù)6分鐘內(nèi)取平均得到的功率。

微觀角度看當(dāng)交變電磁場(chǎng)作用于人體極性分子（水）或者某些離子時(shí)，受電場(chǎng)影響，這些粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰撞摩擦產(chǎn)生熱量，即SAR 宏觀上體現(xiàn)的是熱效應(yīng)，使分子震動(dòng)（類似于微波爐加熱原理）。

有損媒介中的電磁波電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式（平面波）

圖3 有損媒介中趨膚深度和電磁波頻率的關(guān)系

人體為有損媒介，由此可以得出兩條結(jié)論：一是頻率越高，電場(chǎng)強(qiáng)度衰減的越快，被吸收能能量越多，高頻電磁波的對(duì)人體影響相對(duì)更大（但前提是相同功率等級(jí)的電磁波到達(dá)人體）。二是越靠近人體表皮輻射越大，這也解釋了SAR 系統(tǒng)探頭測(cè)試距離模型表面特別近的原因（考慮了最差情況）。

手機(jī)天線發(fā)射模塊較小且能量集中靠近人體時(shí)，Localized SAR 定義式推到如下（目前市場(chǎng)上SAR 測(cè)量系統(tǒng)[Full SAR 、Fast SAR]也是基于如下公式進(jìn)行評(píng)估）：

式中，E 為電場(chǎng)強(qiáng)度；σ 為組織液電導(dǎo)率；ρ 為組織液密度。

在溫度幾乎恒定的情況下，電導(dǎo)率和頻率正相關(guān) ，電磁波頻率增高，場(chǎng)強(qiáng)方向交變?cè)娇?，極性分子、離子往返運(yùn)動(dòng)越快。（目前6GHz 頻率以下符合這一特性，6GHz 以上頻段電導(dǎo)率特性可能因?yàn)榱Ｗ舆\(yùn)動(dòng)跟不上電場(chǎng)方向變化而遲滯）。

表1 模擬人體組織液電導(dǎo)率

便攜設(shè)備離人體很近，可忽略自由空間擴(kuò)散損耗，故到達(dá)人體表皮的電場(chǎng)強(qiáng)度與產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)頻段的天線增益及傳導(dǎo)功率正相關(guān)。

圖4 模擬人體組織液電導(dǎo)率和電磁波頻率的關(guān)系

考慮到高頻電磁波路徑損耗較大，故高頻增益普遍較大。G發(fā)射天線增益∝f（某一款設(shè)備，關(guān)系如下）

圖5 天線增益和電磁波頻率的關(guān)系

結(jié)論：SAR ∝f

目前來(lái)講，SAR 在亞洲部分地區(qū)是非強(qiáng)制的，且國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)同歐盟測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及限值相同。但對(duì)于歐盟，北美等地區(qū)SAR 是法規(guī)強(qiáng)制的。

歐盟：10g-SAR 限值2w/kg（空間精細(xì)掃描區(qū)域內(nèi)峰值SAR附近10cm3測(cè)量值取平均）

北美：1g-SAR 限值1.6w/kg（空間精細(xì)掃描區(qū)域內(nèi)峰值SAR附近1cm3測(cè)量值取平均）

圖6 SAR值3D測(cè)試圖

針對(duì)5G NR sub-6GHz 測(cè)試沿用Full SAR + Fast SAR 的組合方式進(jìn)行評(píng)估（介于5G NR 靈活的幀結(jié)構(gòu)，fast SAR 會(huì)極大減少工作量），但是對(duì)于5G NR 毫米波天線陣列射頻模塊一體化的復(fù)雜性，評(píng)估方式將變?yōu)楣β首V密度的測(cè)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

近人身體使用的便攜設(shè)備如手機(jī)，智能手表等對(duì)人體的影響遠(yuǎn)大于基站；相同功率等級(jí)下頻率越高電磁輻射相對(duì)越大，但路徑損耗越快、越多。